科學(xué)家利用細(xì)菌制造可再生、無限循環(huán)的塑料

據(jù)一些媒體相關(guān)報(bào)道，科學(xué)家們成功地利用微生物生產(chǎn)出了可回收塑料的成分，為石化產(chǎn)品提供了一種環(huán)境友好型替代品。由于大多數(shù)塑料無法回收利用，而且許多塑料都是使用有限的、對環(huán)境有害的石化產(chǎn)品制造的，因此塑料垃圾帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

不過，這種情況正在開始改變。研究人員最近成功通過微生物工程技術(shù)，生產(chǎn)出了一種可無限循環(huán)利用的聚二酮烯醇胺塑料（PDK）的基礎(chǔ)材料生物替代品。

這一創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志上，它是美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（伯克利實(shí)驗(yàn)室）的三個機(jī)構(gòu)——分子鑄造廠、聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）和先進(jìn)光源的專家們通力合作的成果。

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的分子鑄造廠員工科學(xué)家布雷特·赫爾姆斯說：“這是首次將生物產(chǎn)品整合在一起，制造出主要以生物為基礎(chǔ)的PDK。這也是你第一次看到，與使用石化產(chǎn)品相比，生物產(chǎn)品在材料特性和規(guī)模化生產(chǎn)成本方面都具有優(yōu)勢。”

與傳統(tǒng)塑料不同，PDK可以被反復(fù)分解成原始的構(gòu)件，并在不降低質(zhì)量的情況下制成新產(chǎn)品。PDK最初使用的構(gòu)件來自石油化工產(chǎn)品，但這些成分可以用微生物重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。現(xiàn)在，經(jīng)過四年的努力，合作者已經(jīng)操縱大腸桿菌，將植物中的糖分轉(zhuǎn)化為部分起始材料——一種被稱為三乙酸內(nèi)酯或bioTAL的分子并生產(chǎn)出了生物含量約為80%的PDK。

“我們已經(jīng)證明，在可回收塑料中實(shí)現(xiàn)100%生物含量的途徑是可行的，”參與生物聚合物開發(fā)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目科學(xué)家德瑪圖爾說，“未來你會從我們身上看到這一點(diǎn)。”

PDK 可用于多種產(chǎn)品，包括粘合劑、計(jì)算機(jī)電纜或手表帶等柔性物品、建筑材料以及“堅(jiān)韌熱固性塑料”，即通過固化工藝制成的硬質(zhì)塑料。研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，與石化版本相比，將生物TAL加入材料中可將其工作溫度范圍擴(kuò)大60攝氏度。這為在需要特定工作溫度的物品中使用PDK打開了大門，這些物品包括運(yùn)動裝備和汽車部件，如保險(xiǎn)杠或儀表板。

據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署估計(jì)，全球每年產(chǎn)生約4億噸塑料垃圾，預(yù)計(jì)到2050年，這一數(shù)字將攀升至10億噸以上。在已經(jīng)產(chǎn)生的70億噸塑料垃圾中，只有約10%得到了回收利用，大部分被丟棄到垃圾填埋場或被焚燒。

加州大學(xué)伯克利分校教授、伯克利實(shí)驗(yàn)室生物科學(xué)領(lǐng)域資深科學(xué)家兼JBEI首席執(zhí)行官杰伊·基斯林說：“我們不能繼續(xù)使用日益減少的化石燃料來滿足對塑料的貪得無厭的欲望。我們希望通過創(chuàng)造既可生物再生又可循環(huán)利用的材料來幫助解決塑料垃圾問題，并激勵企業(yè)使用這些材料。這樣，人們就能在需要的時候得到所需的產(chǎn)品，然后再將這些產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成新的東西。”

今天發(fā)布的這項(xiàng)研究還以2021年的一項(xiàng)環(huán)境和技術(shù)分析為基礎(chǔ)，該分析表明，如果大規(guī)模生產(chǎn)，PDK塑料在商業(yè)上可以與傳統(tǒng)塑料競爭。

“我們的新成果非常令人鼓舞，”伯克利實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)家、JBEI副總裁斯克恩說，“我們發(fā)現(xiàn)，只要對生產(chǎn)工藝進(jìn)行適度改進(jìn)，我們很快就能制造出生物基PDK塑料，與使用化石燃料制造的塑料相比，這種塑料不僅成本更低，而且二氧化碳排放量更少。”

這些改進(jìn)包括加快微生物將糖轉(zhuǎn)化為生物TAL的速度，使用能轉(zhuǎn)化更多植物提取的糖和其他化合物的細(xì)菌以及用可再生能源為設(shè)備供電。